En este estudio se desarrolló una formulación de película de hidrogel cargada de ácido fusídico con diferentes proporciones de Aloe vera y se caracterizó en este estudio.
Artículo de método
En este estudio se desarrolló una formulación de película de hidrogel cargada de ácido fusídico con diferentes proporciones de Aloe vera y se caracterizó en este estudio.
Se preparó una nueva película de hidrogel cargada de ácido fusídico mediante la técnica de fundición con solvente utilizando alginato y Aloe vera. Las películas de hidrogel se optimizaron utilizando diferentes proporciones de alginato de sodio, aloe vera y glicerina. Las películas que contenían un 10% de glicerina (p/p de alginato) exhibieron la mejor apariencia. La incorporación de aloe vera influyó en el grosor, el comportamiento de hinchamiento, la permeabilidad al vapor de agua y el perfil de liberación de fármacos de las películas de hidrogel. Un mayor contenido de Aloe vera dio lugar a películas más gruesas (hasta una cierta proporción), un aumento de la hinchazón, una menor permeabilidad al vapor de agua y una liberación prolongada del fármaco de hasta el 93% durante 12 horas. El análisis de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) confirmó la presencia de grupos funcionales clave y la interacción entre los componentes del hidrogel. El estudio sugiere que la combinación de alginato de sodio, aloe vera y glicerina puede mejorar las propiedades mecánicas y los perfiles de liberación de fármacos de las películas de hidrogel, lo que las convierte en una opción prometedora para mejorar la administración tópica de fármacos y las aplicaciones de cicatrización de heridas.
El ácido fusídico es un potente antibiótico esteroideo derivado del Fusidium coccineum. Es ampliamente utilizado para tratar infecciones cutáneas estafilocócicas e impétigo. Este fármaco tiene una alta eficacia, incluso contra cepas resistentes a los antibióticos, y una baja toxicidad, lo que lo convierte en una opción adecuada para el tratamiento de las infeccionescutáneas 1. A diferencia de otros antibióticos tópicos, el ácido fusídico penetra profundamente en la piel, mejorando sus efectos antimicrobianos, especialmente en áreas donde la barrera protectora de la piel está dañada. Su estructura permite características de solubilidad versátiles, lo que permite una amplia distribución en todos los tejidos corporales, que se mejora aún más en su forma de fusidato de sodio para una mejor solubilidad en agua y tasas de penetración 2,3. El ácido fusídico puede administrarse de varias maneras, incluyendo por vía oral, intravenosa y tópica, adaptándose a las diferentes necesidades de tratamiento y convirtiéndolo en una opción flexible para diversas infecciones4.
Los hidrogeles, con su alto contenido de agua y biocompatibilidad, se han convertido en portadores innovadores de antibióticos en el tratamiento de heridas, proporcionando retención de humedad, liberación controlada de fármacos y mejores resultados para los pacientes. Están hechos de polímeros naturales o sintéticos como el alginato, que se ve favorecido por su fuerte biocompatibilidad, asequibilidad y propiedades de gelificación que imitan las matrices extracelulares de los tejidos naturales5. Los hidrogeles a base de alginato, en particular, ofrecen un ambiente húmedo propicio para la cicatrización de heridas, no se adhieren a la herida y permiten una fácil eliminación, lo que los hace ideales para administrar sustancias bioactivas y apoyar la regeneración de tejidos. El desarrollo de hidrogeles que encapsulan antibióticos representa un avance significativo en el cuidado de heridas, asegurando la administración de fármacos dirigidos y efectos terapéuticos sostenidos 6,7.
El hidrogel de alginato / aloe vera cargado de ácido fusídico propuesto tiene como objetivo superar los desafíos de solubilidad del ácido fusídico y mejorar su penetración dérmica. El aloe vera, conocido por sus propiedades beneficiosas para la piel, hidratantes y antibacterianas, también sirve como potenciador de la penetración química, lo que podría mejorar la eficacia del ácido fusídico en el tratamiento de las infecciones de la piel 8,9. Esta innovadora formulación aprovecha los efectos sinérgicos del aloe vera y el hidrogel de alginato para crear un entorno de curación propicio, optimizar la administración de fármacos y ofrecer una solución prometedora para mejorar el tratamiento de las infecciones de la piel, aprovechando al máximo la potente actividad antimicrobiana del ácido fusídico con una mejor entrega y resultados de curación10.
Los detalles de los reactivos y equipos utilizados en este estudio se enumeran en la Tabla de Materiales.
1. Preparación de películas de hidrogel de ácido fusídico
2. Determinación del espesor de la película
3. Determinación del índice de hinchazón

4. Prueba de permeabilidad u oclusión al vapor de agua

5. Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR)
6. Calorimetría diferencial de barrido (DSC)
7. Prueba de liberación de drogas
Preparación de película de hidrogel de alginato/aloe vera
Se utilizaron diferentes proporciones de alginato de sodio, aloe vera y glicerina para preparar la formulación de la película de hidrogel. La preparación final y la evaluación de las formulaciones se llevaron a cabo únicamente con glicerina al 10% (p/p de alginato). En la figura 1 se muestra la película de hidrogel con diferentes proporciones de Aloe vera . Esta selección se realizó porque otras proporciones de glicerina no proporcionaban la adhesividad y flexibilidad necesarias, lo que daba lugar a películas mal formadas. La fuerte adherencia y elasticidad de las películas se debió a la presencia de alginato de sodio y glicerina. La adición de Aloe vera no alteró la apariencia, pero afectó la viscosidad de las soluciones durante la preparación.
Espesor
Los resultados de espesor se presentan en la Tabla 1. La muestra de control A, que contenía solo alginato, tenía un espesor de 0,11 mm. A medida que aumentaba la proporción de Aloe vera en las muestras B y C, aumentaba el espesor de la película, midiendo 0,13 mm y 0,12 mm, respectivamente. Sin embargo, la muestra D, que tenía la mayor proporción de Aloe vera, tenía la película más delgada con 0,09 mm. Sobre la base de estos resultados, parece que la adición de Aloe vera puede tener algún efecto sobre el grosor de la película hasta cierto punto.
Índice de hinchazón
La evaluación de la capacidad de los hidrogeles para absorber diversos líquidos es un aspecto clave de esta investigación. La atención se centra en comprender la capacidad de los polímeros para hincharse en diferentes condiciones. Como se ilustra en la Figura 2, los resultados del índice de hinchamiento a lo largo del tiempo revelan la influencia de las diferentes concentraciones de Aloe vera en la capacidad de absorción de agua de las películas a base de alginato. La película con 0% de Aloe vera (A) presentó el menor índice de hinchamiento a las 24 h (364,8%). Por el contrario, las muestras con un contenido creciente de Aloe vera mostraron índices de hinchamiento progresivamente más altos, con la película 25:75 (D) alcanzando el valor más alto de aproximadamente 549%. Estos resultados indican que las propiedades hidrofílicas del Aloe vera juegan un papel importante en la mejora del comportamiento de hinchamiento de las películas. La figura 3 muestra la película de hidrogel antes y después de la inflamación.
Prueba de permeabilidad u oclusión al vapor de agua
La permeabilidad al vapor de agua de las películas se evaluó comparando la cantidad de agua en un vaso de precipitados con y sin las películas. De acuerdo con los resultados mostrados en la Tabla 2, la muestra control sin Aloe vera no mostró efecto de oclusión, mientras que las otras muestras mostraron un aumento en el factor de oclusividad con la adición de Aloe vera. La muestra B tuvo un factor de oclusividad de 13,2, mientras que las muestras C y D tuvieron el factor de oclusividad más alto de 20. Esto indica que la adición de aloe vera ayudó a disminuir la permeabilidad al vapor de agua (WVP) de las películas de alginato.
Análisis estructural por FTIR
La Figura 4 muestra los espectros FTIR de las formulaciones de hidrogel que contienen ácido fusídico, junto con los espectros de las materias primas, incluyendo alginato de sodio, aloe vera, glicerina y ácido fusídico. Los espectros de la formulación del hidrogel muestran una amplia banda de absorción alrededor de 3200-3400 cm-1 y una banda aproximadamente a 1636 cm-1, que corresponden al estiramiento de los grupos O-H atribuidos al alginato de sodio, Aloe vera y glicerina, así como a la vibración de estiramiento asimétrico de los grupos COO del alginato, respectivamente13. Además, el pico de absorción alrededor de 1330-1340 cm-1 refleja la vibración de flexión del grupo C-H, mientras que el pico a 1171 cm-1 está relacionado con la vibración de estiramiento C-O del alginato de sodio.
Calorimetría diferencial de barrido (DSC)
Se utilizó la calorimetría diferencial de barrido (DSC) para analizar el comportamiento térmico del alginato de sodio, el aloe vera, el ácido fusídico puro y la película de hidrogel cargada de fármacos. El termograma de alginato de sodio mostró un pico endotérmico a aproximadamente 132 °C (como se muestra en la Figura 5). Por otro lado, el termograma de Aloe vera mostró múltiples picos. El análisis DSC de ácido fusídico puro mostró un pico endotérmico agudo y bien definido a 184,5 °C. Para la película de hidrogel cargada de fármaco, solo se detectó un pico amplio entre 103 °C y 170 °C, sin ningún pico de fusión para los componentes o el fármaco.
Liberación de fármacos
La liberación in vitro del fármaco se examinó en todas las muestras durante 24 h utilizando una solución de PBS a pH 7,4. Las muestras de la película mostraron una liberación gradual del fármaco, probablemente debido a la estructura compacta del hidrogel. Las muestras que contenían Aloe vera mostraron entre el 89,7% y el 93% de liberación de ácido fusídico dentro de las 12 h, mientras que la película de control sin Aloe vera liberó todos los fármacos después de 12 h, como se muestra en la Figura 6. Se evaluaron diferentes modelos cinéticos de liberación para el ácido fusídico. Los resultados se presentan en la Tabla 3. Los resultados de liberación del fármaco se ajustaron mejor con el modelo de liberación de orden cero, que exhibió los valores más altos de R2 .

Figura 1: Aspecto físico de las películas de hidrogel cargadas con ácido fusídico. Fotografías de películas de hidrogel de alginato / Aloe vera cargadas de ácido fusídico en varias proporciones: (A) 100:0, (B) 90:10, (C) 80:20 y (D) 75:25, observadas con un aumento de 4x. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Índice de hinchamiento de las películas de hidrogel. El porcentaje de índice de hinchazón de las películas de alginato cargadas de ácido fusídico / hidrogel de aloe vera en diferentes proporciones: (A) 100:0, (B) 90:10, (C) 80:20 y (D) 75:25. Las barras de error representan la desviación estándar (DE), n = 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Película de hidrogel antes y después de la inflamación. Comparación de una película de hidrogel (A) antes y (B) después de la inflamación, que ilustra los cambios en la apariencia física debido al proceso de hinchazón. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Análisis del espectro FTIR. Espectros FTIR de varios componentes y formulaciones: (A) ácido fusídico, (B) alginato de sodio, (C) Aloe vera, (D) glicerina, (E) formulación 100:0, (F) formulación 90:10, (G) formulación 80:20 y (H) formulación 75:25. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Termograma DSC de formulaciones de hidrogel. Termogramas diferenciales de calorimetría de barrido (DSC) de la formulación de hidrogel, ácido fusídico, alginato y aloe vera, que muestran propiedades térmicas y transiciones. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Liberación acumulativa de fármacos de películas de hidrogel. Liberación acumulativa de fármacos de películas de hidrogel de alginato / Aloe vera cargadas de ácido fusídico en diferentes proporciones: (A) 100:0, (B) 90:10, (C) 80:20 y (D) 75:25. Las barras de error representan la desviación estándar (DE), con n = 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Muestras de película | Espesor (mm) |
| A (100:0) | 0,11 ± 0,01 |
| B (90:10) | 0,13 ± 0,01 |
| C (80:20) | 0,12 ± 0,01 |
| D (75:25) | 0,09 ± 0,01 |
Tabla 1: Espesor de las formulaciones de películas de hidrogel. Mediciones del espesor de varias formulaciones de películas de hidrogel de alginato/Aloe vera , con n = 3.
| Muestras | Reducción del volumen de agua (mL) | Factor de oclusividad |
| Control | 2.50 ± 0.00 | - |
| A (100:0) | 2,50 ± 0,41 | 0 |
| B (90:10) | 2,17 ± 0,24 | 13,2 ± 0,5 |
| C (80:20) | 2,00 ± 0,11 | 20,0 ± 0,3* |
| D (75:25) | 2,00 ± 0,02 | 20,0 ± 0,21* |
Tabla 2: Reducción del volumen de agua y factor de oclusividad. Datos sobre la reducción del volumen de agua (mL) y del factor de oclusividad de las formulaciones de la película de alginato/hidrogel de Aloe vera , con n = 3. *p≤ 0,005.
| Pedido cero | Primera Orden | Korsmeyer-Peppas | Higuchi | ||
| F1 (100:0) | R2 | 0.995 | 0.6607 | 0.9925 | 0.9142 |
| F2 (90:10) | R2 | 0.995 | 0.667 | 0.9917 | 0.9141 |
| F3 (80:20) | R2 | 0.995 | 0.6674 | 0.9917 | 0.9141 |
| F4 (75:25) | R2 | 0.995 | 0.6674 | 0.9917 | 0.9141 |
Tabla 3: Cinética de liberación de ácido fusídico. Coeficientes de correlación y cinética de liberación de ácido fusídico de las formulaciones de hidrogel, demostrando los modelos matemáticos utilizados en el análisis.
El ácido fusídico se incorporó en películas de hidrogel de alginato con varias proporciones de Aloe vera y glicerina. La presencia de Aloe vera no afectó la apariencia, pero se observó una disminución de la viscosidad en las soluciones que contenían Aloe vera durante la preparación. Los hallazgos de las pruebas de espesor sugieren que la inclusión de Aloe vera puede tener algún impacto en el espesor de la película hasta cierto punto, pero no se considera significativo. En general, no existe un único espesor ideal que se adapte a todas las aplicaciones. Sin embargo, la investigación indicó que las propiedades adhesivas y mecánicas de las películas están influenciadas por el grosor, y las películas más delgadas pueden conducir a tasas de transición de vapor de agua más rápidas y un mejor mantenimiento de un ambiente húmedopara la cicatrización de heridas.
El estudio de la capacidad de hinchamiento de los hidrogeles es un foco clave de investigación, ya que tiene como objetivo evaluar la capacidad de los polímeros para absorber diferentes líquidos. Los hallazgos muestran que las características hidrofílicas del Aloe vera contribuyen significativamente a mejorar el comportamiento de hinchamiento de las películas. El aumento de los índices de hinchamiento indica que el Aloe vera facilitó una mayor absorción de agua, posiblemente al retener la humedad y crear una estructura gelatinosa hidratada dentro de la matriz de la película15. El comportamiento de hinchamiento observado de las películas de hidrogel puede deberse al contenido de polisacáridos del Aloe vera. A niveles bajos, los polisacáridos pueden dificultar la conexión entre las cadenas de alginato, lo que resulta en una estructura menos compacta y potencialmente menos hinchazón inicial. Sin embargo, en concentraciones más altas, estos polisacáridos pueden ayudar en la reticulación, creando una red más densa capaz de retener más agua y aumentar el índice de hinchamiento16.
La permeabilidad al vapor de agua (WVP) de una película comestible está determinada por la proporción de grupos hidrófilos y no hidrofílicos contenidos en la película. Esta relación juega un papel importante en la forma en que la matriz de la película interactúa con las moléculas de agua17. La incorporación de Aloe vera redujo el WVP de las películas de alginato. Resultados similares se obtuvieron en otro estudio que investigó el efecto de las concentraciones de quitosano y extracto de Aloe vera sobre las propiedades fisicoquímicas de las biopelículas de quitosano, donde se reportó una disminución en la permeabilidad al vapor de agua con la adición de Aloe vera18. La reducción de WVP puede ser el resultado de la interacción entre los polisacáridos de gran tamaño molecular que se encuentran en el Aloe vera y el alginato, lo que minimiza el espacio intermolecular total disponible para el movimiento del agua19. Como resultado, aunque el efecto es insignificante, las películas de hidrogel que incorporan Aloe vera demostraron un efecto oclusivo mejorado en comparación con la película de control. Esto puede crear un ambiente más cálido y húmedo dentro del sitio de la herida, lo que podría ayudar a la cicatrización de la herida al reducir la necrosis tisular y facilitar la comunicación celular20.
Todas las muestras de película de hidrogel mostraron una liberación gradual del fármaco, probablemente atribuida a la estructura compacta de los hidrogeles21. Los resultados demuestran que un aumento en el contenido de Aloe vera conduce a una pequeña disminución en la liberación del fármaco, promoviendo un efecto prolongado de liberación del fármaco. Esto se alinea con los hallazgos de Mahmood et al., que indican que el uso de redes poliméricas basadas en Aloe vera ofrece un método eficaz para lograr la administración sostenida de fármacos22. El análisis FTIR es esencial para identificar de forma rápida y eficiente las moléculas químicas encapsuladas. Es particularmente valioso para examinar las alteraciones químicas dentro de los polímeros, como los cambios en las bandas de estiramiento o flexión resultantes de la incorporación de fármacos23. Se encontró que todos los picos asociados con el ácido fusídico estaban ausentes en todos los hidrogeles cargados con ácido fusídico, lo que indica la incorporación exitosa del ácido fusídico en los hidrogeles. De acuerdo con los hallazgos mostrados en la Figura 4, la película de hidrogel cargada con ácido fusídico mostró un pico amplio entre 103 °C y 170 °C, sin componentes evidentes ni picos de fusión del fármaco. Esto indica que el fármaco y los componentes se distribuyeron uniformemente dentro del hidrogel a nivel molecular, lo que sugiere que el sistema de hidrogel se formó con éxito y que los ingredientes se incorporaron bien a la red de polímeros rígidos reticulados del hidrogel22. La cinética de liberación de ácido fusídico se determinó con base en los valores más altos del coeficiente de regresión (R2)23. Los hallazgos de los valores de R2 sugieren que el modelo de orden cero describe con mayor precisión la liberación de ácido fusídico del polímero, lo que indica una tasa de liberación constante independiente de la cantidad restante del fármaco. Esto es coherente con las aplicaciones conocidas de la cinética de orden cero en sistemas de liberación modificada, como los parches transdérmicos, en los que el fármaco se difunde a través de una membrana polimérica a una velocidad constante. Los sistemas de administración de fármacos de pedido cero tienen el potencial de mejorar el cumplimiento del paciente y reducir los efectos secundarios adversos debidos a la dosificación frecuente24,25. Se informó que las películas de hidrogel de alginato/quitosano reticulado con 0,5 M de CaCl2 mostraron previamente una cinética de liberación de orden cero. La reducción de la reticulación de CaCl2 dio como resultado el cambio del orden cero al modelo Korsmeyer-Peppas26.
Limitaciones
Si bien la fundición con solventes y la reticulación con CaCl2 ofrecen un enfoque simple para la preparación de películas de hidrogel, tienen limitaciones. Factores como la concentración de CaCl2, la composición del alginato y las condiciones de fundición pueden influir en la reticulación, mientras que lograr un control preciso puede ser un desafío. Se informó que la reticulación excesiva con CaCl2 conduce a películas quebradizas propensas a agrietarse o romperse. Las propiedades mecánicas (resistencia, elasticidad) de las películas pueden variar dependiendo del grado de reticulación alcanzado, lo que conduce a inconsistencias27,28. En conclusión, existen una serie de limitaciones relacionadas con la resistencia mecánica, la sensibilidad al agua, la uniformidad, las condiciones de procesamiento, la adhesión, las propiedades de barrera y el impacto ambiental que deben evaluarse cuidadosamente en función de la aplicación prevista de las películas, aunque la fundición con solvente con alginato y aloe vera ofrece ventajas como la biocompatibilidad y la bioactividad potencial. Además, la simplicidad del método de fundición con solvente lo convierte en una buena opción para la producción a escala de laboratorio. Por lo tanto, para garantizar la evaporación adecuada del solvente y la formación de películas en una superficie mayor, el escalado puede requerir ciertas herramientas y ajustes.
Los autores no tienen nada que revelar.
Este estudio fue apoyado por el Proyecto de Apoyo a los Investigadores de la Universidad Princesa Nourah bint Abdulrahman (PNURSP2024R30), Universidad Princesa Nourah bint Abdulrahman, Riad, Arabia Saudita. Esta investigación fue financiada por el Proyecto de Apoyo a Investigadores número (RSPD2024R811) de la Universidad Rey Saud, Riad, Arabia Saudita.
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Aloe vera | Proveedor local, Kuala Lumpur, Malasia | Era corteza de aloe vera cruda y preparó los materiales en nuestro laboratorio | |
| Cloruro de calcio | R& M Chemicals | ||
| Calorimetría diferencial de barrido | Netzsch-Gruppe | DSC 300 Caliris | |
| Espectroscopia FTIR | Perkin Elmer | 107914 | |
| Ácido fusídico | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EE. UU | . PHR2810 | material de referencia certificado, estándar secundario farmacéutico |
| Glicerina | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EE. UU. | PHR1020 | Farmacopea de los Estados Unidos (USP) Medidor de tornillo de micrómetro estándar de referencia |
| Blomker Industries, Malasia | |||
| NETZSCH proteus software | Netzsch-Gruppe | DSC 300 Caliris | |
| Tampón de fosfato salino | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EE. UU. | P4417 | Tabletas |
| Alginato de sodio | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EE. UU | . W201502 | |
| instrumento de análisis térmico | NETZSCH | DSC Caliris | |
| ESPECTROFOTÓMETRO UV / LÍNEA UV-9400 | SECOMAM/ | 8512047 |
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